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Verfahren zur Korrosionsverminderung in Feuerungsanlagen
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seits der Flammzone entweder in oder jenseits der Niedertemperatur (d. i. der ursichtbaren) Verbrennungszone in den Gasstrom eingeführt wird. Falls erwünscht, kann das Ammoniak in Mischung mit rückgeführ- ten Verbrennungsgasen eingebracht werden. Der Teil der Verbrennungszone, in den das Ammoniak eingebracht wird, liegt vorzugsweise unterhalb 10000 C, insbesondere unterhalb 5000 C.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei Verwendung jeglicher schwefelnaltiger Kohlenstoff-oder Kohlenwasserstoff-Brennstoffe angewendet werden, z. B. bei Raffineriegas, Stadtgas, Erdöldestillat oder -rückstandbrennstoffe, Säureteer, Kohlenteer, Braunkohle, Steinkohle, Anthrazit, Kesselkohle und Koks.
Das vorliegende Verfahren zum Betrieb von Feuerungsanlagen ist besonders bei Verwendung von Erdölrückständen geeignet.
Bei Verwendung eines Rückstandsheizöls, das weniger als 5 Gew.-% Schwefel enthält, beträgt die in einer bestimmten Zeit in die Feuerungsanlage eingebrachte Ammoniakmenge zwischen 0,03 und 0, 1, vorzugsweise 0, 06-0, 1 lu, des Heizölgewichtes. Diese Verhältnisangaben gelten für das Erfordernis, dass die Ammoniakmenge im Bereich zwischen 0, 5-9, 0 Gew.-4o, bezogen auf Gesamtschwefel, liegt.
Das Ammoniak kann gasförmig oder in wässeriger Lösung in die Feuerungsanlage eingebracht bzw. eingespritzt werden. Zweckmässigerweise bestehen die Einbringvorrichtungen aus einem oder mehreren mit Löchern versehenen Rohren, z. B. in Form eines ringförmigen Hauptrohres, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass während des Betriebes das Ammoniak im wesentlichen über den ganzen. Querschnitt de, Verbrenl1ungsgasstromes eingebracht wird.
Andere Möglichkeiten zum Einbringen des Ammoniaks umfassen :
1. Einbringen von gasförmigem Ammoniak durch gesinterte Metallsclleil +n, vorzugsweise aus Stahl, wobei der innere Leitungsdruck und damit die Austrittsgeschwindigkeit erhöht ist. Dadurcn wird die Wirkung von Druckveränderungen ausserhalb uer Einbringpunkte herabgesetzt und die Durchmischung verbessert.
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mit Löchern versehenen Rohrverteiler.
3. Verwendung einer Ammoniaklösung, die iurch Versprühen oder eine Xerstäubungsdüse eingefuhrt wird.
Auf den Oberflächen des Wärmeaustauschers können sich Abscheidungen von Ammonsalzen bilden.
In Hinblick darauf ist es sehr wünschenswert, Mittel zur Entfernung dieser Ablagerungen vorzusehen, ohne dabei die Apparatur abschalten zu müssen. Feuerungsanlagen, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeiten, sind vorzugsweise mit Einrichtungen zum Wasserwaschen des Lufterhitzers und bzw. oder des Ekonomisers während der Abkühl- bzw. Aufheizperiode versehen.
Es wird angenommen, dass das Ammoniak das Schv.'efeltrioxyd auf Grund der in der Feuerungsanlage herrschenden Bedingungen unter Bildung von Ammonsulfat und/oder Ammonbisulfat neutralisiert, während das Schwefeldioxyd nicht mit Ammoniak reagiert, da das Reaktionsproduk1, Ammon3ulfit, bei den in der Feuerungsanlage herrschenden Temperaturen instabil ist. Daher wird als benötigte Ammoniakmcnge die zur Neutralisation des Schwefeltrioxyds erforderliche stöchiometrische Menge eingesetzt. Diese theoretische Menge stimmt ausgezeichnet mit den experimentellen Ergebnissen uberein, wie aus den folgenden Tabellen entnommen werden kann.
Die Erfindung wird an Hand des folgenden Beispiels, das jedoch keine Beschränkung darstellt, näher erläutert.
Bei s pie 1 : Eine zur Durchführung des Verfahrens verwendbare Vorrichtung besteht aus einer Feuerungsanlage mit zwei Hauptbestandteilen, nämlich einer Verbrennungs-und einer"Kühl"-kammer. die bei hoher bzw. niedriger Temperatur gehalten werden. Diese beiden Kammern besitzen ähnlichen Aufbau, mit der Ausnahme, dass die Verbrennungskammer etwa 1, 60 m und die"KuhF'-kammer etwa 0, 6 m lang ist. Die beiden Kammern besitzen zylindrische Form und sind mit horizontal verlaufenden Achsen angeordnet. Sie besitzen äussere Durchmesser von etwa 75 cm und sind untereinander in axialer Richtung durch ein Silikarohr mit einer Länge von etwa 60 cm und einem Durchmesser von etwa 10 cm verbunden.
Bei beiden Hauptkammern bestehen die Wände aus einem äusseren Mantel weichen Stahles, einer etwa 7, 5 cm dicken, isolierenden Ausmauerungsschicht und einer etwa 11, 5 cm dicken, feuerbeständigen Lage aus Sillimanit. Ein Taupunkt-Messer ist in einem Kanal angebracht, der mit dem Inneren der"Kühl"- kammer in Verbindung steht. Weiters Lt ein Druckluft-Ölbrenner des Y-Typs am Einlassende der Verbrennungskammer axial angebracht und an einem Gehäuseteil montiert, zu dem Sekundärluft unter Druck durch eine Gebläsevorrichtung zugeführt wird. Der Brennstoff wird dem Brenner aus zwei mit Hilfe von Thermostaten gesteuerten 90 Liter Tanks zugeleitet. Es wird eine Zahnradpumpe verwendet. Der Brennstoff wird gefiltert und vor Eintritt in den Brenner auf die gewünschte Temperatur vorgewärmt.
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märluft für die Verbrennung wird der Lüftungsanlage des Laboratoriums entnommen.
Der grössere Teil der Verbrennungsgase wird durch den Verbrennungskammerschacht in die Atmo- sphäre geleitet, ein kleiner Teil wird jedoch durch die Kühlkammer mit Hilfe eines Entnahmeventilators abgezogen. Gas- und Ilrennstofftemperaturen werden an verschiedenen Punkten durch Chrom-Aluminiumoder Eisen-Konstantan-Thermoelemente gemessen. Die Gasentnahmepunkte sind an den Verbrennungsand Kühlkammern angebracht, um Orsat- und Schwefeloxyd-Analysen durchzuführen.
Das Ammoniak wird in die Kühlkammer durch Einblasen eines gemessenen Stromes wasserfreienAmmoniaks aus einem druckdichten Zylinder eingebracht.
Bei Verwendung eines Erdölrückstand-Heizöls mit folgenden physikalischen Daten :
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<tb>
<tb> spezif. <SEP> Gewicht <SEP> 0, <SEP> 9345 <SEP> bei <SEP> 15,5 C
<tb> Flammpunkt <SEP> 86, <SEP> 60 <SEP> C
<tb> Schwefel <SEP> 3, <SEP> 14 <SEP> G <SEP> %
<tb> Heizwert <SEP> etwa <SEP> 10300 <SEP> Kcal
<tb> Viskosität <SEP> (Redwood <SEP> No. <SEP> l <SEP> bei <SEP> 37, <SEP> 7 <SEP> C) <SEP> ..... <SEP> 441 <SEP> sec
<tb> Stockpunkt <SEP> ....................... <SEP> 7,2 <SEP> C
<tb> Wasser <SEP> Spuren
<tb> Asche <SEP> 0, <SEP> 032 <SEP> %
<tb>
md unter den Bedingungen, nach Tabelle 1 werden die in Tabelle 2 gezeigten Resultate erhalten.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Mittlere <SEP> zugeführte <SEP> Menge <SEP> ......................... <SEP> 3,1 <SEP> Kg/St.
<tb>
Verbrennungskammertemperatur <SEP> .................... <SEP> 1000 <SEP> C
<tb> Kühlkammertemperatur <SEP> ............................ <SEP> 300 <SEP> C
<tb> Luftüberschuss <SEP> 25 <SEP> V%
<tb> Schwefelsäure-Taupunkt <SEP> der <SEP> nur <SEP> aus <SEP> dem
<tb> Aufgabegut <SEP> stammenden <SEP> Heizgase <SEP> 1391 <SEP> C
<tb>
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Tabelle 2
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<tb>
<tb> Ammoniak-Konz.
<SEP> in <SEP> G%, <SEP> Taupunkt <SEP> der <SEP> Heizgase <SEP> Reaktion <SEP> am <SEP> Taupunkt-Messer
<tb> bezogen <SEP> auf <SEP> das <SEP> Aufgabegut <SEP> in <SEP> Oc <SEP> (gegen <SEP> Methyl <SEP> Orange <SEP> Indicator)
<tb> 3, <SEP> 13 <SEP> < <SEP> 50 <SEP> Neutral
<tb> 2,74 <SEP> < 44
<tb> 2,15 <SEP> < 62
<tb> 1,77 <SEP> < 62
<tb> 0, <SEP> 074 <SEP> < 54
<tb> 0, <SEP> 056 <SEP> < <SEP> 46 <SEP> sauer <SEP>
<tb> 0, <SEP> 042 <SEP> < 52
<tb> 0, <SEP> 030 <SEP> < 50
<tb> 0,028 <SEP> < 49
<tb> 0, <SEP> 021 <SEP> < 50
<tb> 0,015 <SEP> < 87
<tb> 0, <SEP> 0094 <SEP> (139) <SEP> +
<tb> 0,0067 <SEP> (139) <SEP> +
<tb>
+ Der tatsächlich gemessene Taupunkt liegt auf Grund sich ergehender Streueffekte etwa 100 C höher als angegeben ;
dies beruht wahrscheinlich auf der Anwesenheit von Ammonbisulfat. Der angeführte Wert bezieht sich auf die Gase in Abwesenheit von Ammoniak.
Bei Verwendung eines luftgekühlten Korrosionsmessers unter den oben beschriebenen Bedingungen und mit Einführung von Ammoniak in einer Menge von 0, 086 G%, bezogen auf das Aufgabegut, ergeben
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EisenWeicheisenhalbkugel mit einem Durchmesser von etwa 2, 5 cm angegeben.
Tabelle 3
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<tb>
<tb> Versuchstemperatur <SEP> Korrosionsgrad
<tb> in <SEP> <SEP> C <SEP> ohne <SEP> Ammoniak <SEP> mit <SEP> Ammoniak
<tb> 93 <SEP> 6,5 <SEP> 0,2
<tb> 113 <SEP> 5,5 <SEP> 0,1
<tb> 134 <SEP> 2,6 <SEP> 0,3
<tb> 160 <SEP> 1,1 <SEP> 0,2
<tb>
Die zur vollständigen Neutralisation des Schwefeltrioxyds (zu Ammonsulfat) benötigte stöchiome-
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Ammonbisulfat werden 0, 3 g/St benötigt, was 0, 03 G%, bezogen auf das Aufgabegut entspricht.
Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird an Hand der in der Zeichnung dargestell- ten Vorrichtung beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schnitt eines ölgeheizten Wasserrohrkessels, der mit Zwangsumlauf ausgestattet ist. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Gaszuführungs systems mit dem Ekonomiser und dem Ammoniakzufuhrsystem.
Fig. 3 zeigt die Einrichtung zum Einbringen des Ammoniaks.
Der Kessel besteht im wesentlichen aus : a) radialen Rohren in Zone l, b) Überhitzerrohren in Zone 2, c) dem Oberkesse1 3 und d) fünf Gruppen von horizontalen Ekonomiser-Rohren, die in den Zonen 4 ange-
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ordnet sind und einen Wassereinlass 5 und einen Wasserauslass 6 besitzen.
Der Kessel ist mit drei ölbrenner 7 versehen und durch Wände 8 isoliert. Die Ekonomiser-Rohre sind von den strahlenförmigen Rohren durch eine isolierende Wand 9 getrennt-, durch welche die Heizgase über die fünf Ekonomisergruppen abwärts zum Heizgasauslass 10 abgelenkt werden.
Ammoniak wird über ein Rohr 11 einem Ringverteiler 12 zugeführt, der an der obersten Reihe der Ekonomiser-Rohre durch Streben 14 befestigt ist. Zwei Ammoniakbehälter 15 und ein Stickstoffbehälter 16 (verwendet zum Luftfreimachen der Leitungen vor dem Einbringen von Ammoniak) sind über Ventile L7 mit dem Hauptrohr 18 verbunden, das ein Druckmessgerät 19 aufweist. Vom Hauptrohr 18 strömt das Gas über das Druckreduzierventil 20 und das Nadelventil 21 zum Durchflussmessgerät 22 (vorteilhaft ein"Rotameter") und von dort über die Leitung 23, an die ebenfalls ein Manometer 24. angeschlossen ist, zum Ringverteiler 12, der Auslassöffnungen 13a, 13b und 13c aufweist.
Die Grösse der Austrittsöffnungen kann, je nachdem es die im Ekonomiser herrschenden Bedingungen erforderlich machen, variiertwerden, um eine im wesentlichen gleichmässige Verteilung des Ammoniaks zu erhalten.
Beispielsweise wurde bei einem Kessel, der eine maximale Kapazität von 11 Tonnen Dampf Dro Stunde, maximalen Dampfdruck von 30 kg/cm2 und eine Temperatur von 4000 C, Wassereinlass- und - austrittstemperaturen von 700 C bzw. 2000 C, eine Heizgastemperatur unmittelbar über und unter dem Ekonomiser, von 3500 C bzw. 1000 C bis 1120 C aufweist, der Ammoniakverteiler so ausgeführt, dass bei einer durchschnittlichen Ammoniak-Beschickung von 1000 Litern pro Stunde (gerechnet bei 15,5 C und 760 mm Hg-Säule), die Austrittsöffnungen folgende Durchmesser besitzen : 13a etwa 3 mm, 13b etwa 1, 8 mm-und 13c etwa 6, 4 mm.
Wie oben ausgeführt wurde, ist es das Ziel der Erfindung, ein neues Verfahren zur Korrosionsverminierung in Feuerungsanlagen für die. Verbrennung von schwefelhaltigem Brennstoff zu schaffen. Nach dem oben beschriebenen Verfahren können jedoch noch weitere Vorteile erzielt werden, so kann z. B. die Verunreinigung der Luft, die durch im Heizgas enthaltene oder aus diesem gebildeten sauren Komponenten hervorgerufen wird, weitgehendst vermindert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Korrosionsverminderung in Feuerungsanlagen, wobei schwefelhaltige Brennstoffe mter gleichzeitigem Einbringen kleiner Mengen Ammoniak verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, lass Ammoniak vorzugsweise als einziges, in die Feuerungsanlage zum Zweck der Korrosionsverminde- : ung eingeführtes Reaktionsmittel in einer Menge von 0,5 bis 9,0 Gew.-lo, bezogen auf das im gleich- seitig zugeführten Brennstoff enthaltene Gesamtgewicht an Schwefel in elementarer oder gebundener Form, kontinuierlich in den Teil der Verbrennungszone der Feuerungsanlage eingebracht wird, der hinter ier Flammzone liegt und in dem die Temperatur über dem Taupunkt der unbehandelten VerbrennungsJase, jedoch unterhalb der Temperatur liegen, bei welcher das Ammoniak oxydiert wird.